4.4. Измерительные магнитографы

В отличие от предыдущих регистраторов, измерительные магнитографы – ИМГ (Magnet Tape Recorder) – являются не приборами, а измерительными преобразователями, поскольку не имеют отсчетных устройств (индикаторов).

Принцип магнитной записи основан на воздействии магнитного поля (образованного переменным током) на положение магнитных доменов в материале носителя (ленте, проволоке).

Основным элементом магнитной головки является магнитопровод с намотанной на него катушкой. При протекании переменного тока i(t) в катушке в магнитопроводе возникает магнитный поток φ(t). Магнитопровод имеет небольшой воздушный зазор, в котором замыкаются магнитные силовые линии потока φ(t). Этот воздушный зазор соприкасается с магнитным носителем, домены которого реагируют на магнитный поток и меняют (и затем сохраняют) свое положение. Таким образом, если носитель равномерно перемещается, на нем запоминаются все изменения во времени магнитного поля в зазоре. Поскольку современные ИМГ, как правило, многоканальны, то магнитные головки записи (ГЗ) содержат несколько отдельных самостоятельных элементов (магнитопроводов с катушками). Поэтому на но­сителе (магнитной ленте) при записи исследуемого процесса фор­мируются несколько независимых дорожек с синхронно записан­ными входными сигналами.

Головки воспроизведения (ГВ) по конструкции аналогичны головкам записи, но их задача воспринять информацию, сохра­ненную на носителе. Расположение магнитных доменов на носите­ле хранит записанную информацию, которая и воспринимается ГВ. Изменения выходного сигнала ГВ пропорциональны изменениям ранее записанных входных токов i(t).

В аналоговых ИМ Г применяются два способа магнитной записи: прямая запись (Direct Recording  DR) и запись модулированным (чаще частотно-модулированным  ЧМ, Frequency Modulation  FM) сигналом.

Первый способ (прямая запись) обеспечивает простое устройст­во, но имеет некоторый недостаток  полоса частот исследуемых сигналов начинается не с нуля, а с нескольких сотен герц, поскольку производная (т.е. изменение во вре­мени) магнитного потока на низких частотах недостаточно велика для воздействия на магнитные домены носителя.

Второй способ (частотно-модулированная запись) основан на переносе спектра входного сигнала в область более высоких час­тот, поэтому ИМГ с ЧМ-записью могут регистрировать медленно меняющиеся (и даже постоянные) сигналы (рис. 64).

Верхняя граница полосы частот в обоих вариантах примерно одинакова и составляет десятки – сотни килогерц или даже еди­ницы мегагерц.

Характеристики применяемых в нынешней практике ИМГ весь­ма разнообразны. Скорость движения ленты: от единиц миллимет­ров в секунду до единиц метров в секунду. Ширина ленты (диа­метр проволоки): от долей миллиметра до единиц сантиметров. Время возможной регистрации: от долей секунды до нескольких суток. Масса устройств: от сотен граммов до единиц килограммов.

Рис. 64. Магнитограф с частотно-модулированной записью: а  упрощенная структура;

б  характеристика преобразования

.

Основные достоинства ИМГ:

• многоканальность (до 40 каналов одновременной записи);

• возможность работы в полевых условиях;

• сравнительно широкий диапазон частот;

• длительные интервалы регистрации;

• большие объемы регистрируемой информации;

• длительное энергонезависимое хранение записанной инфор­мации.

Основные недостатки ИМГ:

• сравнительно невысокая надежность вследствие наличия ме­ханических узлов;

• невозможность непосредственного наблюдения зарегистриро­ванных сигналов (отсутствие видимого изображения сигналов);

• сравнительно невысокая точность.

Наряду с чисто измерительными задачами ИМГ используются также в качестве так называемых черных ящиков на борту самолетов и кораблей. При этом они регистрируют разнооб­разную информацию о состоянии основных агрегатов, все коман­ды и переговоры экипажа с основной базой.

Существует разновидность магнитных регистраторов, исполь­зующих промежуточное аналого-цифровое преобразование ис­следуемого сигнала и последующую цифровую магнитную запись. В этих аппаратах метрология определяется не только аналоговыми преобразованиями сигнала, но и характеристиками АЦП, поэто­му они ближе к цифровым измерительным регистраторам.